Плоские и пленочные нагревательные элементы

В последние годы за рубежом (Германии) проводятся работы по повышению эффективности обогрева помещения пассажирского вагона путем внедрения плоских нагревательных элементов [24, 25]. Наибольшее распространение получили плоские и пленочные нагревательные элементы. Плоские нагревательные элементы наилучшим образом подходят для решения проблем, связанных с равномерным распределением тепла и повышением уровня комфорта для пассажиров. Среди прочих положительных характеристик этих обогревателей, выгодно отличающих их от традиционных нагревательных приборов, можно назвать относительную защищенность от вандализма и отсутствие шума при работе.

Главным достоинством плоских нагревателей является эффективное излучение тепла всей поверхностью. В результате равномерного нагрева всего окружающего пространства не возникает негативно воспринимаемых пассажирами воздушных потоков, которые к тому же могут поднимать пыль. Благодаря возможности повышать температуру пола, потолка и стен, а также в результате того, что основная часть тепла при этом способе передается в виде хорошо поглощаемого излучения, температура воздуха в вагоне может поддерживаться на 2 3 градуса ниже, чем при других отопительных системах. Восприятие пассажирами тепла в обоих случаях одинаково.

Отраслевые стандарты Союза железнодорожных предприятий Германии (VDV), предписывают максимальные температуры поверхностей пола плюс 30°С (303K), стен, потолка и перегородок — плюс 35°С (308K).

В силиконовых нагревательных элементах нихромовая спираль намотана на тонкую несущую стеклоткань, которая укладывается между двумя слоями силикона, армированного стекловолокном вместе с теплопроводящим заполнителем. Конструкция силиконового нагревательного элемента показана на рисунке 60.

Под действием высокой температуры и давления происходит вулканизация, и спираль оказывается герметично закрытой между защитными слоями. Получаемый таким образом нагревательный элемент обладает высокой надежностью благодаря механической, электрической и термической прочности. Эти качества позволяют применять его в тяжелых условиях эксплуатации на железнодорожном подвижном составе.

Благодаря эластичности материалов, используемых в конструкции нагревательных элементов, последним можно придавать практически любую форму в соответствии с пожеланиями заказчика.

1 – спираль; 2 – выводы для подключения напряжения; 3 – силикон

Рисунок 60. Конструкция силиконового нагревательного элемента

Удачно выбранная форма еще в большей степени обеспечивает высокоэффективную, равномерную и целенаправленную теплоотдачу со всей поверхности на месте установки нагревателя. На практике это означает, что такие нагревательные элементы методом вулканизации могут соединяться с требующими обогрева поверхностями, например с покрытием ступеней тамбура. В процессе вулканизации эластичная резиноподобная полимерная оболочка прочно соединяется с материалом основы — нержавеющей сталью, алюминиевым сплавом, цветными металлами и др. Силиконовые нагревательные элементы имеют большой срок службы, однако в случае замены их чрезвычайно трудно отделять от основания. В зависимости от области применения нагревателя силиконовой смеси могут придаваться свойства, отвечающие строгим правилам противопожарной безопасности.

Пленочные нагреватели толщиной 0,6 - 0,8 мм, при ширине 40 или 60 см являются хорошей альтернативой силиконовым нагревательным элементам. Проведенные исследования показали, что нагреватели этого типа дают значительную экономию по сравнению с другими плоскими элементами.

Пленочный нагреватель, общий вид которого показан на рисунке 61.

Плёночный нагревательный элемент состоит из стеклоткани 3, покрытой слоем угольно-графитового порошка. В качестве подводов для подключения питающего напряжения использованы медные луженые полоски 1. Изоляция выполнена из ламината - высококачественной композиционной полиэфир-полиэтиленовой пленки 2.

В настоящее время этот вид плоских элементов применяется в основном для обогрева полов, потолков и стен в зданиях. В стационарных условиях срок их службы составляет 30 лет. Пригодность для использования пленочных нагревателей на железнодорожном подвижном составе еще остается предметом исследований. Особой проверки в условиях железных дорог требует прочность соединения трех пленок (нагревательной и двух изолирующих) в одну.

1 – выводы для подключения напряжения; 2 – пленка из композиционного материала; 3 – стеклоткань с напыленным графитом

Рисунок 61. Плёночный нагревательный элемент

Нужное количество пленочного нагревателя отрезают от рулона. Образовавшиеся открытые торцы заделывают клейкой лентой. В особых случаях использования, например в помещениях с повышенной влажностью или на открытом воздухе, торцы заваривают.